Пусковий струм трансформатора (струм намагнічування) — чому запобіжник з боку первинної обмотки не можна обирати лише за номінальним струмом

Посібник про головний запобіжник мережевого оператора та перший установчий автомат розглядає селективність між послідовними захисними пристроями загалом. Ця стаття розглядає конкретний випадок, коли звичайна, безаварійна дія — увімкнення трансформатора — вже може споживати струм, достатній для спрацювання неправильно обраного запобіжника чи автомата з боку первинної обмотки.

Явище: струм намагнічування при увімкненні

Коли вмикається ненавантажений трансформатор, його магнітний осердя має намагнітитися з нуля. Залежно від точного моменту увімкнення на кривій напруги, а також від залишкового магнітного потоку, що залишився в осерді після попереднього вимкнення, осердя може тимчасово увійти в насичення. У цій насиченій області залежність між струмом і магнітним потоком сильно нелінійна, через що первинна обмотка споживає значно більший струм, ніж нормальний, безперервний струм намагнічування — це кидок струму (inrush).

Величина та згасання піку

Кидок струму силового трансформатора при увімкненні може досягати порядку 8-12-кратного значення номінального первинного струму, сконцентрованого в першому напівперіоді (порядку 0,01 секунди за 50 Гц). Після цього першого, найвищого піку амплітуда поступово знижується в наступних циклах, доки трансформатор приблизно через 1 секунду не повернеться до свого нормального, значно меншого безперервного струму намагнічування. Цей пік не є несправністю — трансформатор і підключена установка працюють нормально — але це все ж короткочасний, значний струм, який не повинен спричиняти непотрібне спрацювання запобіжника чи автомата з боку первинної обмотки.

Наслідок для вибору захисного пристрою

Запобіжник чи автомат з боку первинної обмотки, обраний виключно на основі номінального струму трансформатора та необхідного захисту від КЗ, може хибно спрацьовувати за кожного увімкнення трансформатора, якщо його часо-струмова характеристика не дає достатнього запасу відносно кривої кидка струму. Щоб цього уникнути, часо-струмова характеристика обраного захисного пристрою має лежати вище кривої кидка струму трансформатора: достатньо високо за дуже короткого часу першого піку і все ще достатньо високо за дещо повільніше згасаючого струму протягом наступної секунди.

Примітка: точна крива кидка струму специфічна для конкретного трансформатора (потужність, конструкція осердя, момент увімкнення, залишковий потік), а вибір захисного пристрою, що з неї випливає, — це задача часо-струмової координації між даними виробника трансформатора та часо-струмовою характеристикою обраного запобіжника чи автомата — ця стаття розглядає принцип, а не готову розрахункову формулу для кожного конкретного типу.

Чому це не єдине, передбачуване значення

Оскільки висота піку частково залежить від випадкового моменту увімкнення на кривій напруги та від залишкового потоку, що залишився в осерді після попереднього вимкнення, пік кидка струму не однаковий за кожного увімкнення: іноді пік може бути близьким до верхньої межі зазначеного діапазону 8-12×, а іноді значно нижчим. Захисний пристрій, обраний лише трохи вище середнього значення кидка струму, може тому все ж хибно спрацювати за несприятливо збіглого моменту увімкнення.

Практична значущість

Під час вибору запобіжника чи установчого автомата з боку первинної обмотки для трансформатора його часо-струмова характеристика має бути явно зіставлена з кривою кидка струму, вказаною виробником (або визначеною іншим способом) — а не лише з номінальним робочим струмом та необхідним захистом від КЗ. Запобіжник чи автомат, який пропускає цей крок, може спричиняти хибне спрацювання в іншому справного трансформатора майже за кожного увімкнення, що особливо незручно для трансформаторів, які регулярно вмикаються та вимикаються.

Часті помилки

1. Вибір запобіжника чи автомата з боку первинної обмотки виключно на основі номінального робочого струму та вимоги захисту від КЗ без перевірки його часо-струмової характеристики відносно кривої кидка струму трансформатора.
2. Розгляд єдиного значення кидка струму як абсолютного максимуму без урахування розкиду, спричиненого моментом увімкнення та залишковим потоком — пристрій, обраний лише трохи вище середнього значення, все ж може спрацювати за несприятливого моменту.
3. Плутанина піку кидка струму зі справжньою несправністю під час аналізу незрозумілого спрацювання одразу після увімкнення трансформатора, замість того щоб спочатку перевірити часо-струмову координацію.
4. Ігнорування повторного увімкнення та вимкнення (наприклад, трансформатора, що періодично виводиться з експлуатації) — кожне окреме увімкнення приносить власний пік кидка струму з власним, змінним початковим станом залишкового потоку.

Пов'язані матеріали

• Головний запобіжник мережевого оператора та перший установчий автомат — селективність
• Групи з'єднання обмоток трансформатора — паралельна робота
• Захист від короткого замикання — §434
• Пусковий струм LED-драйверів і хибне спрацювання